《步天歌》是我国最早完整记载三垣二十八宿的著作，而关于其作者，主要有两种说法，一种是唐代开元年间的王希明所撰，另一种说法是隋朝一位号丹元子的隐士所著。由于三垣二十八宿的出现经过了一个相当漫长的时间，最早的星宿可以追溯到商代的甲骨记载，而到了南北朝时期已经趋于完善。因此说隋代出现《步天歌》的可能性也是有的，但这个问题有待发现更多的证据了。
《步天歌》的基础其实就是《史记 天官书》中对天空恒星的划分，其将天空划分为五大部分，分别是中宫和东南西北宫。而中宫就是拱极星区，与三垣中的紫薇垣基本一致，而四方则分别对应了7个星宿。
在东汉天文学家张衡的《灵宪》中，已初显这种分布，”一居中央，谓之北斗。动变挺占，实司王命。四布于方，为二十八宿……紫宫为黄极之居，太微为五帝之廷。名堂之房，大角有席，天市有座。苍龙连蜷于左，白虎猛据于右，朱雀奋翼于前，灵龟圈首于后，黄神轩辕于中。”这里北斗与拱极星宿相同，而紫宫，太微，天市的名称已经出现，四象也与28宿相对应。
四象图
在《晋书 天文志》和《隋书 天文志》中，均有与之相类似的天区划分，这也说明了三垣二十八宿这种划分方式的一个逐步演化的过程。但是，《步天歌》与这些划分最明显的差别就是对三垣的划分。
所谓的垣指的就是墙，也有宫墙的含义，人们对于拱极星区的观测中发现天空中的一些星排列比较整齐，并且呈两个半圆弧的形状拱卫着北天极，就像帝王居住的宫廷禁地的围墙，因此这些星被称为垣。用紫宫垣或者紫薇垣来称呼，其包围的天区则视为最尊贵的地方。
紫微垣星图
北极五星，勾陈六星，皆在紫宫中。北极，北辰最尊者也，其纽星，天之枢也……第一星主月，太子也。第二星主日，帝王也……勾陈口中一星曰天皇大帝……大帝上九星曰华盖……华盖下五星曰五帝内坐，设叙顺帝所居也。
看这段描述，俨然是人间帝王统治在天空的再现。对于两道围墙的星区，则分别称为太微垣和天市垣，这里的星官也是非同一般。
如太微垣中”太微，天子庭也，五帝之坐也，十二诸侯府也。其外藩，九卿也。……黄帝坐在太微中，含枢纽之神也。”而在天市垣中，”帝坐一星在天市中候星西，天庭也”虽然比太微垣稍差了些，但也有宗正，宗人等统治机构的名称，另外还有各诸侯国的名称，这些也表明了天市垣同样的非同一般。
三垣二十八宿
三垣的出现并未出于天文学本身的需要，而是受到占星术的影响，这与28宿作为恒星区域的划分是有所不同的。因此，相对于《史记 天官书》中对星宿的描述，也是有着一定的发展的。
根据现有文献资料可知，《步天歌》对恒星位置的描述是最早按照三垣二十八宿这样一个体系来进行的，目前我们已经发现的版本有10个，通过对这些版本的校勘，我们得到了一个相对准确的校订版的《步天歌》。校订版的《步天歌》分为7个部分，前4部分是按照28宿的顺序叙述了相应各个星官的位置情况，而后3部分则对应了三垣。
古代星图
《步天歌》中的星宿图使用不同颜色表组星宿，是以颜色来区分该星宿的来源，其中赤色星官源自石氏，黑色星官源自甘氏，黄色星官源自巫咸氏，其余还有未注颜色的星官。这说明三垣二十八宿的体系是从三家星官脱胎而出的，但是已经逐渐摆脱了传统束缚，相互间的界限变得越来越模糊。
另外，《步天歌》还对星官的排列形状和与其他星官的相对位置进行了描述，这样更便于在天空中找到，有的还对亮度进行了说明。比如”大角一星直上明””天策，天溷与外屏，一十五星皆不明”，这些描述都有助于认星。对于一些排列和形状比较复杂的星官，描述还会更加具体。例如对翼宿的描述”二十二星太难识，上五下五横着行，中心六个恰似张，更有六星在何许，三三相连张畔附，必若不能分处所，更请向前看记取……”这个描述分别将上下和中间的各星进行描述，将22颗星分解叙述，说明对恒星的观察非常的仔细。